En nuestro medio encontramos, cada vez con mayor frecuencia, elementos masivos como cimentaciones para estructuras tanto en edificaciones como en infraestructura. Por exigencias de los procesos constructivos y ante los plazos de entrega de las obras, en muchas ocasiones se especifican concretos de altas resistencias (28 a 49 MPa) o incluso con resistencias aceleradas, lo cual nos lleva a pensar en alternativas diferentes para asegurar no solo los requerimientos mecánicos, sino también los de durabilidad y el desempeño. Con este tipo de concretos masivos y de alta resistencia, la principal preocupación son los cambios de volumen resultantes de las variaciones de temperatura y humedad que pueden llevar a la fisuración del elemento. Por tal motivo, la generación de calor es uno de los parámetros fundamentales a controlar, y para ello hay varias alternativas entre las cuales se encuentran: el uso de cementos de moderado o bajo calor de hidratación, el uso de cementos adicionados, el uso de Materiales Cementantes Suplementarios MCS, el enfriamiento previo de los materiales (agregados y agua), el enfriamiento posterior mediante tuberías embebidas en el concreto, o diferentes combinaciones de estos métodos. Hay dos controles térmicos fundamentales que deben efectuarse a los concretos masivos:

1. La temperatura máxima debe ser menor a 70 °C (ACI 301M-10) para evitar la disolución de la etringita primaria y posibles inconvenientes futuros por la formación de etringita diferida o retrasada.

2. La diferencia máxima de temperatura debe ser menor a 19 °C (ACI 301M-10) para evitar fisuración por efectos de gradientes térmicos en la masa del concreto. Para lograr esto en nuestro medio, las alternativas más utilizadas son el enfriamiento previo de los materiales –incluso sustituyendo parte del agua con hielo y la aplicación de MCS. En la selección del tipo de MCS deben tenerse en cuenta diferentes aspectos como son el porcentaje de sustitución que se puede realizar y su reactividad (ver Tabla 1, adaptada de Lewis, 2003), así como su costo y disponibilidad, entre otros.

Puzolana	Reactividad (mg de Ca(OH)2 por g de puzolana)
Escoria	40
Microsílice	427
Ceniza volante	875
Metacaolin	1050

La ceniza volante y la escoria son MCS ampliamente utilizados en concretos masivos para efectos de controlar la temperatura máxima. Según el ACI 207.2R-8, la ceniza volante genera entre el 15 y el 35% del calor producido por la misma cantidad de cemento Pórtland. Algunos ejemplos de obras en Colombia donde se han utilizado concretos con adición de ceniza volante son, entre muchas otras: Puerto de Aguadulce (Buenaventura), Fundación Valle de Lili (Cali), el intercambiador Versalles (Calarcá), Puente Flandes, Puentes Rionegro en la Ruta del Sol, Tramo 1, puentes en la vía Pajarito- Aguazul (Casanare), ampliación PTAR San Fernando, Parques del Río, intercambio vial Gilberto Echeverri Mejía (puente de la 4 Sur, Medellín) y búnkeres de oncología en diferentes clínicas. Se describen a continuación y brevemente cuatro MCS para facilitar la toma de decisiones para su aplicación, así como algunos de sus efectos en los concretos, concretos masivos o en otros tipos de concretos con requerimientos especiales de resistencia y/o durabilidad, haciendo énfasis en las cimentaciones:

Ceniza Volante (Fly Ash)

En el Reino Unido también se conoce como ceniza de combustible o PFA (de Pulverised Fuel Ash). Es un subproducto de la combustión del carbón pulverizado en plantas de energía térmica. Las partículas de ceniza se forman a partir de la solidificación de material fundido que se encuentra suspendido en la descarga de gases provenientes de la combustión del carbón. Estas partículas son enfriadas rápidamente para evitar la cristalización de fases minerales y obtener partículas esféricas con tamaños entre 1 y 80 μm con área específica que oscila entre 250 y 600 m2 /kg. Es común encontrar que la ceniza consiste en esferas huecas conocidas como cenosferas, por lo que su densidad relativa es menor que la del cemento Pórtland y puede variar entre 1,9 y 2,9. La composición de la ceniza depende del tipo de carbón utilizado. Si es lignito o sub-bituminoso, en general la ceniza tendrá altos contenidos de calcio en comparación con una ceniza proveniente de un carbón bituminoso (antracita). Normalmente la sustitución es hasta del 30 o 35% del cemento, aunque se han utilizado satisfactoriamente concretos con altos contenidos de ceniza, mayores al 50%.

Algunos efectos de la ceniza volante en el concreto son:
Mejora la cohesividad, la trabajabilidad y la durabilidad, reduce la generación de calor y retarda el pico máximo, reduce la resistencia a edades tempranas, aumenta la resistencia a edades posteriores (curando adecuadamente) y reduce la porosidad y la permeabilidad, si se cura apropiadamente.

Escoria granulada de alto horno

Esta escoria (en inglés Ground Granulated Blast Furnace Slag) es un subproducto del proceso productivo del hierro en alto horno. Como en el caso de las cenizas volantes, es esencial que la escoria sea enfriada rápidamente a Proyecto tranvía. ARGOS fin de formar una estructura vítrea desordenada, para lo cual se aplican dos tipos de procedimiento: granulación o peletización. Posteriormente se muele hasta una finura cercana a la del cemento que, en general, es superior a 400 m2 /kg (a mayor finura, más reactividad de la escoria). La forma de las partículas es angular (como las de cemento) e irregular, pero la textura superficial tiende a ser más suave que la del cemento, en tanto que su densidad relativa está entre 2,85 y 2,95. Su composición química depende de las materias primas utilizadas y de las condiciones del horno, pero esencialmente consiste en una red desordenada de óxidos de calcio, silicio, aluminio y magnesio combinados con oxígeno. La sustitución de cemento por escoria se realiza principalmente en el cemento, donde se pueden encontrar reemplazos entre el 5 y el 60 %, en nuestro medio.

Algunos efectos en el concreto fabricado con cementos con escoria son:
Mejora la trabajabilidad y la durabilidad; ofrece una reducción en la demanda de agua, de la velocidad de evolución de calor, así como su valor máximo, reduce la tasa de ganancia de resistencia, la porosidad capilar y la permeabilidad, tiende a incrementar los tiempos de fraguado final y aumenta la resistencia a edades posteriores (curando adecuadamente).

Humo de Sílice

El humo de sílice o microsílice (en inglés Silica Fume) es un subproducto de la producción de aleaciones de silicio o ferrosilicio a partir de la reducción de cuarzo de alta pureza con carbón, en un horno de arco eléctrico sumergido. Su densidad aparente al producirlo oscila entre 200 y 300 kg/m3 y comúnmente se le encuentra en forma de suspensión con una densidad aproximada de 1.400 kg/m3 , que mejora la dispersión en la mezcla de concreto. El humo de sílice consta de pequeñas microesferas cuyo diámetro está entre 20 y 250 nm con promedio cercano a los 150 nm. Por lo anterior, su área específica oscila entre 13.000 y 30.000 m2 /kg. Como su nombre lo indica, este material se compone básicamente de sílice (generalmente más del 85%) en estado amorfo y normalmente se realizan sustituciones entre el 5 y el 15% del cemento.

Algunos efectos del humo de sílice en el concreto:
Mejora la cohesividad y la durabilidad, modifica y mejora la interfaz pasta agregado; reduce: el sangrado, la generación de calor, la porosidad capilar, la permeabilidad, la trabajabilidad (incrementando la necesidad de superplastificantes), y reduce considerablemente los macroporos; densifica la matriz al llenar los espacios vacíos entre las partículas y aumenta la resistencia (10% de sustitución puede aumentar la resistencia entre 30% y 50%). Es efectivo en el control de la reacción álcali-sílice.

Metacaolín

A diferencia de los materiales ya mencionados, el metacaolín no es subproducto de una industria. Es un material manufacturado y proviene de la calcinación del caolín que proviene, a su vez, de la descomposición de feldespatos y minerales arcillosos. El tratamiento térmico al cual se somete el caolín dependerá de su composición mineralógica y se pueden encontrar temperaturas de calcinación que oscilan entre 600 y 1.000 °C y tiempos de permanencia en el horno que varían entre 2 y 6 h, o en ciertos casos entre 12 y 24 h (Rashad, 2013). La densidad relativa del metacaolín se aproxima a 2,5, mientras que la forma de las partículas es irregular y generalmente plana con tamaños entre 0,2 y 15 μm, por lo que su superficie específica se acerca a 12.000 m2 /kg. El metacaolín se compone principalmente de aluminosilicatos y normalmente se realizan sustituciones entre el 10 y el 20% del cemento.

Algunos efectos del metacaolín en el concreto son:
Aumenta la demanda de agua, así como las resistencias tempranas y posteriores; mejora la trabajabilidad, la cohesividad, la durabilidad y la la interfaz pasta agregado; reduce el sangrado y la permeabilidad.

Artículo tomado de Asocreto.org.co